程相東
摘 要:鉆井液在提高鉆進(jìn)施工作業(yè)中有著獨(dú)特的地位和作用,鉆井液的類型和性能等是直接影響鉆井速度和成本的重要因素,了解掌握鉆井液對(duì)鉆井效率的影響具有很好的指導(dǎo)作用。
關(guān)鍵詞:鉆井液;鉆進(jìn);作業(yè);影響;分析
一、鉆井液的迅速發(fā)展
鉆井液在鉆井作業(yè)和保護(hù)油氣層中起到的作用和各方面對(duì)鉆井液的嚴(yán)格要求,促使鉆井液技術(shù)取得了迅速的發(fā)展。經(jīng)過(guò)多年的科研開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)實(shí)踐,鉆井液已從僅滿足鉆頭鉆進(jìn)發(fā)展到適應(yīng)各方面需求的鉆井液體系。例如為快速鉆井服務(wù)的低粘度、低摩擦、低固相的聚合物鉆井液,防卡鉆井液,針對(duì)巖石特點(diǎn)的防塌鉆井液,鉆鹽巖層的飽和鹽水鉆井液,保護(hù)油氣層的低密度水包油鉆井液,防堵塞油氣通道的油基鉆井液和開(kāi)發(fā)低壓油氣田的泡沫鉆井液等。形成了較為完整的鉆井液體系。
1、鉆井液的類型及組成。
如今優(yōu)質(zhì)的鉆井液已不是由一兩種材料(例如膨潤(rùn)土,俗稱搬土)配制的,保持鉆井液的性能要依靠加入各種處理劑。例如鉆井液潤(rùn)滑劑、高溫穩(wěn)定劑、防塌處理劑和防卡處理劑等。據(jù)統(tǒng)計(jì),處理劑系列等,已發(fā)展到10余類200多種,形成油田化學(xué)的一個(gè)重要分支。
為清除鉆井液中的固相顆粒,鉆井液中的固相顆粒處理系統(tǒng)已經(jīng)得到了加強(qiáng)和改進(jìn)。鉆井液中的固相顆粒像鉆屑、重晶石等,使鉆井液的流動(dòng)性能變壞,不但破壞了鉆井液性能的穩(wěn)定,而且增大了循環(huán)系統(tǒng)的摩擦力,使設(shè)備過(guò)早磨損。清除鉆井液中固體含量的主要方法是加強(qiáng)振動(dòng)篩的振動(dòng)頻率,采用增加篩網(wǎng)的目數(shù)和雙層篩網(wǎng),提高除砂器、除泥器的除砂效率。另外,有時(shí)還用增設(shè)分離器來(lái)清除鉆井液中的微細(xì)顆粒。
2、鉆井液按分散介質(zhì)(連續(xù)相)可分為水基鉆井液、油基鉆井液、氣體型鉆井流體等。
鉆井液主要由液相、固相和化學(xué)處理劑組成。液相可以是水(淡水、鹽水)、油(原油、柴油)或乳狀液(混油乳化液和反相乳化液)。固相包括有用固相(膨潤(rùn)土、加重材料)和無(wú)用固相(巖石)?;瘜W(xué)處理劑包括無(wú)機(jī)、有機(jī)及高分子化合物。
(1)水基鉆井液。水基鉆井液是一種以水為分散介質(zhì),以粘土(膨潤(rùn)土)、加重劑及各種化學(xué)處理劑為分散相的溶膠懸浮體混合體系。其主要組成是水、粘土、加重劑和各種化學(xué)處理劑等。水基鉆井液基本經(jīng)歷了五個(gè)階段,一是天然鉆井液;二是細(xì)分散鉆井液;三是粗分散鉆井液;四是不分散低固相鉆井液;五是無(wú)固相鉆井液和聚合物鉆井液階段等。
水基鉆井液還可分為:1)淡水鉆井液。氯化鈉含量低于10mg/cm³,鈣離子含量低于0.12mg/cm³2)鹽水鉆井液(包括海水及咸水鉆井液)。氯化鈉含量高于10mg/cm³3)鈣處理鉆井液。鈣離子含量低于0.12mg/cm³4)飽和鹽水鉆井液。含有一種或多種可溶性鹽的飽和溶液;5)混合乳化(水包油)鉆井液。含有3%-40%乳化油類的水基鉆井液;6)不分散低固相聚合物鉆井液。固相含量低于4%,含有適量聚合物;7)鉀基鉆井液。氯化鉀含量高于3%。1978年以來(lái)開(kāi)始在我國(guó)鉆井現(xiàn)場(chǎng)使用;8)聚合物鉆井液。它是以聚合物為主體,配以降粘劑,降濾失劑、防塌劑和潤(rùn)滑劑等多種化學(xué)處理劑所組成的鉆井液。包括陽(yáng)離子聚合物鉆井液、兩性離子聚合物鉆井液、全陽(yáng)離子聚合物鉆井液、深井聚合物鉆井液和正電膠鉆井液等。
3、鉆井液固控設(shè)備。越來(lái)越多的鉆井隊(duì)在換用大型鉆機(jī)并使用固控系統(tǒng)。但固控系統(tǒng)不適用于高粘度鉆井液。高粘度鉆井液不像低粘度鉆井液那樣容易過(guò)篩,高粘度鉆井液能使鉆井液堵塞鉆井液篩而造成漫篩。另外,對(duì)水力旋流器(除砂器、除泥器等)的尺寸要求也增大了。
倒劃眼時(shí)要泵入更多的鉆井液,理由是較大的鉆機(jī)要使用較大的鉆井液泵。倒劃眼要產(chǎn)生更多的固相,如果沒(méi)有大泵要使用低粘度鉆井液。往鉆井液體系中加水,稀釋作用可增加分離設(shè)備的效率??商砑尤魏我环N稀釋劑來(lái)稀釋鉆井液,用任何攪拌器來(lái)混合鉆井液添加劑,這樣就可能保證鉆井液穩(wěn)定通過(guò)固控設(shè)備。
在使用某些聚合物添加劑時(shí),如果使用固控設(shè)備,混合不當(dāng)或在高濃度下能發(fā)生問(wèn)題。PHPA聚合物可包被作用而堵塞網(wǎng)篩的孔眼,這到不是說(shuō)不能使用這種添加劑,而是說(shuō)要注意加入聚合物的方法,在固控設(shè)備前方不要加入任何種類的鉆井液添加劑。
二、有機(jī)鹽鉆井液技術(shù)
有機(jī)鹽即有機(jī)酸鹽,也就是有機(jī)酸根陰離子與金屬陽(yáng)離子、其它類型的陽(yáng)離子所形成的鹽。
這里說(shuō)的有機(jī)鹽是帶雜原子取代基的有機(jī)酸根陰離子與一價(jià)金屬離子(鉀離子、鈉離子、銨離子、叔銨離子、季銨離子等)所形成的鹽。該類有機(jī)鹽可用一通式XmRn(COO)lMq表示,其中X為雜原子及雜原子基團(tuán),R為C0-C10的飽和烴基,COO為羧基,M為一價(jià)陽(yáng)離子。其結(jié)構(gòu)式可表示如下:
有機(jī)鹽鉆井液由有機(jī)鹽水溶性加重劑Weigh2、Weigh3,降濾失劑Redu 1、Redu2、提切劑Visco1、Visco2、無(wú)螢光白瀝青NFA-25、包被劑IND10配制而成。其中,IND10是專門(mén)用于含低濃度有機(jī)鹽(<15%)鉆井液的處理劑。
提切劑Visco1是硅酸鹽礦物的改性產(chǎn)品,可用通式M1aM2bM3c(OH)dOe表示,M1、M2、為2、3價(jià)金屬元素、M3為4價(jià)非金屬元素。提切劑Visco2是含磺酸基的聚合物經(jīng)微交聯(lián)合成的高分子化合物。降濾失劑Redu 1是含磺酸基的乙烯基單體、乙烯基單體與纖維素等接枝共聚而成的中小分子量聚合物。 降濾失劑Redu 2是含磺酸基的乙烯基單體、乙烯基單體共聚而成的中小分子量聚合物。
包被劑IND10是乙烯基單體、含磺酸基的乙烯基單體共聚而成的較高分子量的聚合物。
三、鉆井液中產(chǎn)生泡沫的原因及處理
鉆井過(guò)程中,要用鉆井液泵將鉆井液沿鉆桿的空心打到鉆井桿底部的鉆頭上,再由鉆桿與井壁的空隙返回地面,返回的同時(shí)將鉆下的巖屑攜帶上來(lái),在鉆井液池中巖屑發(fā)生沉淀后,干凈的鉆井液再循環(huán)使用。鉆井液的作用分為兩個(gè)方面:
一是靠前,攜帶巖屑,冷卻鉆頭,潤(rùn)滑鉆桿,保護(hù)井壁;二是平衡地層壓力,這是鉆井液的主要作用。當(dāng)油層被打開(kāi)時(shí),油層內(nèi)的油氣壓力與井筒內(nèi)鉆井液柱的壓力出現(xiàn)相互制約的關(guān)系。
鉆井過(guò)程中的泡沫產(chǎn)生途徑主要有以下幾種途徑:
1、在地層中天然氣溢出時(shí),使鉆井液產(chǎn)生泡沫,鉆井液中的表面活性劑有穩(wěn)泡作用,使得鉆井液產(chǎn)生的泡沫來(lái)不及破滅,而又循環(huán)到井中;
2、表面活性劑過(guò)多;
3、由處理劑受高溫分解或發(fā)酵生成的氣體產(chǎn)生的泡沫;
4、實(shí)際過(guò)程中由于攪拌而卷入的空氣。泡沫過(guò)多會(huì)影響鉆井液懸浮體系的穩(wěn)定性,甚至使鉆井液相對(duì)密度減小,有時(shí)壓不住井噴。
參考文獻(xiàn)
[1]石秉忠,林永學(xué);中國(guó)石化鉆井液技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展方向[J];鉆井液與完井液;2013年第11期
[2]周效全;龍順敏;出水氣井泡沫排水采氣化學(xué)劑的應(yīng)用技術(shù)[J];天然氣技術(shù);2007年第01期
[3]林立強(qiáng);鉆井液性能對(duì)鉆井的影響及對(duì)策[J];中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量;2013年第10期
(作者單位:中石化中原石油工程有限公司技術(shù)公司)